06-李永红-中国北方城镇供热现状及清洁供暖解决途径

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供暖面积以接近10%的增速增长,2016年北方城镇供暖面积141亿平米,是2001年的3倍 北方城镇供暖能耗为1.9亿吨标煤,约占建筑总能耗1/4。
北方城镇供暖整体情况(2016)
北方城镇供暖情况(2016)
北方城镇集中供暖情况(2016)
清洁供暖面积
集中供暖67亿平米
燃煤热电联产供热35亿平米
0.34
0.42
0.33
0.21
0.14
0.39
0.31
0.2
0.12
0.56
0.44
0.29
0.15
0.41
0.32
0.21
0.12
0.63
0.48
0.28
0.2
0.68
0.53
0.35
0.24
0.63
0.51
0.31
0.24
0.83
0.60
0.36
0.29
北方城镇热网情况
截止2015年,中国北方集中供暖系统覆盖的热水管网总长度达到19.2721万公里,蒸汽管网总长度达到1.1692万公里。
我国目前工业生产耗能25亿吨标煤以上 生产过程排放的低品位(低于100℃)热量相当于5亿吨标煤以上 工业生产余热排放集中于钢铁、有色、建材、化工、等几个主要的高能耗产业 这些高能耗产业60%以上位于北方供暖区,每年冬季排放的低品位余热相当于约1亿吨标煤 这些热量绝大多数都通过冷却塔排出,导致每年冬季工业耗水量30亿吨,相当于南水北调中
线工程每年调水量的三分之一 工业余热可在供给持续提供2.7亿kW低品位热量,如果50%的热量用于供暖,则为1.3亿kW,
加上70%的热电联产提供的热量,共7亿kW热量可利用,为北方地区200亿平米建筑提供 35W/m2 基础负荷热量
新形势下供热半径的变化
参考比较对象由燃煤锅炉房变为燃气锅炉房
清洁燃煤供热
热电联产是主流,但模式正在发生变化
以热定电逐步改为以电定热,或“热电协同” 大量纯凝火力电厂改为供热,更多是余热供热概念
小型热电厂,面临环保和发电成本的双重压力,并受到更加高效、经济 集中供热方式的挑战,正在逐步退出大城市
燃煤锅炉房将逐步退出城市供热 由于纯凝电厂的大量存在,使新建背压式热电联产在2+26城市生存空
系统调节主要依靠煤电机组,要加大实施煤电机组灵活性改造
某省某典型日风电出力和负荷曲线
2030发电装机比例
2030发电量结构
目录
1. 北方城镇供热现状概况 2. 北方城镇清洁能源供暖面临的挑战 3. 北方城镇清洁供暖的解决途径 4. 总结及建议
“煤改气”
天然气锅炉——直接燃烧,浪费能源 天然气热电联产,耗气量大,是燃气锅炉的3-5倍,成本更贵 北京、天津等地经验
间很小
北方各省火电厂资源 (万kW)
省份 山东 内蒙古 河南 山西 新疆 河北 辽宁 陕西
火电厂容量 10222 8163 6590 6390 5140 4615 3185 3171
供热能力 15333 12244 9885 9580 7710 6922 4777 4751
省份 宁夏 黑龙江 甘肃 吉林 天津 北京 青海 西藏
城镇集中供热以热电联产为主(占52%),其中燃煤热电联产占48%
天然气供暖22亿平米
锅炉(占45%),其中燃煤锅炉占33%
电供暖4亿平米
其它方式占4%
地热供暖、生物质能清洁供暖、工业余热供暖8亿平米
超过50%的燃煤非清洁采暖
其它 51%
燃煤热电联 产 25%
天然气 15%

可再生能源
3%
发展电厂余热和工业余热为基础热源,利用天然气作为调峰热源能源,实现热电 协同发展、热网大温差和长距离输配。
推行以超低排放燃煤热电联产为主的热源形式,充分利用机组的烟气和乏汽余热,“热电协 同”运行提升火电灵活性
大温差长输供热热管网建设 此种供热新模式可实现城市密集区无煤化,相比常规热电联产节能30%~50%, 供热成本是天然气供热的一半,与大型燃煤锅炉供热相当。
2017年天津、石家庄、唐山、保定、廊坊等12个城市 2018年安阳、邢台、聊城、淄博、等15个“2+26“城市,西安、临汾、运城、晋中四个汾渭平原城 市以及张家口共20个新增试点。
清洁供暖面临问题
供暖需求不能完全满足,大中城市普遍存在热源缺口
城镇化速度快,热源建设相对滞后 城市冬季热电负荷需求侧与供给侧不匹配
大温差供热系统
电厂
抽汽 废热 电力
余热回收 能源首站
热源
长输管网
一次管网
热量转换
一次水
二次水
热泵驱动源 直接换热 制冷段
大温差热力 站
电力 燃煤(燃气)调峰
中继 能源站
二次管网
隔压 换热站
地势低区
常规热力站
大温差热力站(补燃或 电)
电力
燃煤(燃气)调峰
中继 能源站
地势高区
常规热力站
热电厂热电协同
东北地区90%以上的弃风电量发生在供暖期,负荷低谷期 弃风电量又占总弃风的80%。
传统热电厂难以参与电力调峰-以热定电,电网要求增加调 峰能力,确保风电、光伏等非化石能源充分消纳
如何解决热电联产的热电产出之间的矛盾,是未来城镇集中 供热突出问题
中国热电联产装机容量分布图*
2016年弃风电分布图
供热首站:余热供热系统回收机组乏汽余热,并利用蓄能系统增加电厂供热期发电上网负荷调节能 力。
未来城市区域供热模式
源 — 余热(电厂及工业)和天然气取代燃煤锅炉
热电联产及工业余热承担基本负荷 天然气调峰
网 — 超大规模供热网,城市互联
超低温回水(大温差),远距离输送
热力站
大温差换热机组取代 分布式燃气调峰
建筑需热量 GJ/(m2•a)
30%节 能标准
0.44
50%节 能标准
0.26
65%节 能标准 0.191
0.42
0.25
0.2
0.38
0.23
0.15
0.64
0.48
0.29
0.21
0.77
0.56
0.36
0.27
0.72
0.54
0.33
0.27
0.87
0.62
0.37
0.34
0.96
0.68
0.39
冬季供暖期是雾霾天气频发季节
冬季供暖化石能源燃烧是导致雾霾的主要原因之一 《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案的通知》明确2017年在2+26城市城市实施冬季清洁取暖重点工程

国家高度重视清洁采暖工程实施
党中央和国务院要求加快推进冬季清洁取暖工作

财政部、环保部、住建部、国家能源局正部署北方地区冬季清洁取暖试点城市
0.8
Nm³
0.7
0.6

2017年北京市压减燃气热电厂发电量(2017年最大发电小时数4100,设
负 荷
0.5
率 0.4
计4500h),增大域外外购电量,以便减少燃气耗量,保障燃气供应安全 0.3
0.2
北京燃气热电厂采暖季负荷率仅65%左右,未能发挥最大供热能力
0.1
0
0
北京燃气热电厂1月份平均负荷率
火电厂容量 2687 2211 2064 1858 1526 1076 378 41
供热能力 4030 3316 3096 2787 2339 1000 567 60
总计:火力发电容量5.8亿kW, 供热能力8.7亿kW,若70%热电联产,可为150亿平米建筑提供基础热源
工业生产过程排放的低品位余热情况


木 滨 发均标


达水准
国平
城 省份

北京 天津
河北省
山西省 内蒙古自治
区 辽宁省 吉林省
黑龙江省
山东省 河南省 西藏自治区 陕西省 甘肃省 青海省 宁夏回族自
治区 新疆维吾尔
自治区
北京 天津 石家
庄 太原 呼和 浩特 沈阳 长春 哈尔
滨 济南 郑州 拉萨 西安 兰州 西宁
银川
乌鲁 木齐
1980 年 以前 0.56 0.53 0.47
6%
北方城镇供热热源组成比例
北方城镇集中供热热源组成比例
北方各省市集中供暖情况
热电联产、燃气锅炉及其他新型供热方式的供热面积及比例有所提高 燃煤锅炉的总量及比例有所压减
2013和2016年北方各省市分热源供热面积
北方各省市建筑供暖耗热量情况
随着建筑节能工作的不断深入,供暖热耗已显著降低
围护结构综合传热系数K(W/m2K)
集中供热系统管网损失参差不齐,差异非常大,对于城市集中大热网一次网来说由于管理水平较高和采用直埋管技术,热损 失在1%~3%;而对于有些年久失修的庭院管网和蒸汽外网,管网热损失可高达所输送热量的30%
热力站与庭院管网承担将热量输配到楼栋入口的任务。目前末端用户安装自动调节手段的比例较低,热力站还起到直接调节 末端供热参数的作用。
远期火力发电的定位是为可再生能源调峰
风电出力与电网负荷表现出较强的反调峰特性 到2016年底,中国可再生能源发电装机容量占全部电力装机的35%,可再生能源发电量占26.4% 2030年中国规划可再生能源装机容量比例超过50%,可再生能源发电量41% 新能源发电出力波动性大,而我国调节能力好的水电站、抽水蓄能电站、燃气电站等灵活调节电源比重低,
热力站规模以大型为主,部分地区有小型换热站,大型换热站优点:初投资低,设备集中易于管理维护,对补水进行集中处 理以保证水质。大型换热站缺点:容易造成楼栋之间不平衡,设备选型容易偏大,难以满足末端不同的供热参数需求
目前北方地区热力站二次网耗电量约为1~4kWh/m2之间
大型热电联产 大型锅炉房
城市热网
热力站
庭院管网
楼栋入口
楼内管网
用户
小区锅炉房
30
35
25
数量
30
20
比例
25
20 15
15
10 10
5
5
0
0
1万以下 1万-5万 5万-10万 10万-20万 20万以上
热力站面积(m2)
某市集中供暖系统热力站面积分布统计
数量(个) 比例(%)
北方城镇供暖能源指引的主要政策框架
目录
1. 北方城镇供热现状概况 2. 北方城镇清洁能源供暖面临的挑战 3. 北方城镇清洁供暖的解决途径 4. 总结及建议
5
10
15
20
25
30
35
合理的天然气应用方式
调峰 给集中供热网调峰 给电网调峰
“煤改电”
电直热不可取,不应推广 浪费能源极大,边际成本极高
水源、地源热泵,受资源条件限制 江河湖海,冬季水温低,效果不好 污水源,资源有限 地热,成本、资源条件问题,理性推广
空气源热泵 在分散建筑用户,农村地区推广应用
建筑类型 多层住宅
塔楼 中高层板楼 别墅和联体底层建筑
体形系数 0.3~0.35 0.2~0.3 0.2~0.3 0.4~0.5
3.0
2.5
80年水平
节能30%
2.0
节能50%
节能65%
1.5
1.0
0.5
0.0
郑 西 济 石 天 北 太 兰 西 银 沈 呼 长 乌 哈 欧家德
州 安 南 家 津 京 原 州 宁 川 阳 和 春 鲁 尔 美平国
300
250
供 200 热 成 150 本 (元/GJ) 100
天然气成本100元/GJ
燃煤锅炉成本45元/GJ
50 0 0 27
大温差 常规温差
88 100128
200
300
400
500
输送距离(km)
DN1400管线
大温差供回水温度:130℃/20℃ 常规温差:130/70℃
大温差长输热电联产集中供热新模式
成本高 气源保障问题 仍然存在污染
北京燃气热电厂发电对供热的影响
燃气热电厂燃气消耗量是同等供热面积燃气锅炉的5倍以上,2017年北京
市四大热电中心采暖季总供热量3912万GJ,年总发电量为304.4亿kWh,
年总耗气量为62.5亿Nm³,如果采用燃气锅炉供热,耗气量仅为11.7亿 0.9
北方城镇供暖现状及 清洁供暖解决途径
李永红 北京清华同衡规划设计研究院有限公司能源所
2018.10
目录
1. 北方城镇供热现状概况 2. 北方城镇清洁能源供暖面临的挑战 3. 北方城镇清洁供暖的解决途径 4. 总结及建议
北方城镇集中供热面积发展情况
北方地区包括北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、山东、陕西、甘肃、宁夏、新疆、青海 等14个省(区、市)以及河南省部分地区,城镇人口大约3.2亿人
第一类变温器 第二类变温器
第一类变温器 第二类变温器
第一类变wk.baidu.com器 第二类变温器
第一类变温器 第二类变温器
28
长输供热实施城市
太原
新建机组
信发
魏桥
济南
莱芜
石家庄
46km
37km
1.8km穿黄盾构 银川
临河电厂
管网和末端能效低 清洁热源比例低,替代燃煤采用煤改气和煤改电,调整供热能源结构,清洁取暖成本高 ,如何应对未来能源的低碳与可持续发展的供给结构?
热电机组以热定电加大风电消纳的矛盾
新能源和热电联产机组均主要集中在“三北”地区,2016 年全国平均弃风率17.1%,总弃风电量497亿kWh,“三 北”地区弃风电量占全国弃风电量的98.7%
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